深基坑自动化监测系统的应用与研究

2022-12-03王智强

低碳世界 2022年8期

王智强

（建材天水地质工程勘察院有限公司，甘肃天水 741000）

0 引言

在建筑行业中，人们更加关注施工的安全性，而深基坑工程作为工程项目中的基础部分，对工程项目质量有着极大影响，且通常设置在人口密集区域，需要对其进行有效监测。如今，随着信息时代的到来，自动化检测系统逐渐完善，使得监测效率和监测质量迅速提高，提升了深基坑工程建设的安全性，对整个建筑行业发展具有重要意义。

1 自动化监测系统研究分析

1.1 自动化监测系统的主要构成

对于数据监测工作，需要通过多角度、多方位进行，不仅囊括了大量的细节，同时在内容上也更加复杂。随着自动化监测技术的不断成熟以及有效利用，能够轻松实现自动监测数据工作的持续性，提高监测数据工作的效率，保持深基坑工程的稳定性，在面对突发情况时能够进行全面的监测，并在此基础上提出有针对性的解决措施。同时还能将相关信息及时反馈给施工人员，提高施工人员的安全意识，使深基坑工程的安全属性得到显著提升。自动化监测系统构成如图1所示。

从图1可以看出，自动化监测系统主要分为3个系统，分别为数据采集系统、数据处理系统以及成果发布系统。其中，数据采集系统利用采集箱或自动全站仪，对施工现场的各种数据进行收集，包括对地下水位高度、锚索内力等。数据处理系统就是对收集到的数据进行分析处理，将各种数据进行分类，对工程的基准点稳定性进行分析，而后进行平差计算。成果发布系统主要是对处理后的数据进行总结，形成不同的数据资源，方便施工人员进行数据查询和统计分析，同时在面对安全隐患时，能够及时进行预警预报，以便警惕现场施工人员，降低安全事故出现的概率[1]。

图1 自动化监测系统构成

1.2 自动化监测系统在深基坑工程中的主要监测手段

在信息时代的影响下，自动化监测系统能够通过水平位移或者竖向位移的方式进行使用，从而完成对深基坑工程全天候的数据监测。在监测过程中主要从以下两个方向入手。

内业监测主要依靠自动化软件，在专业软件的基础上建立性能良好的预测系统模型，将自动化成果导入预测系统模型中，使监测数据更为全面，进而完成对深基坑工程安全隐患的分析，并将分析出来的结果及时反馈到自动监测平台中，而监测平台会对反馈结果进行自动化处理，然后利用图文并茂的方式展现出来，便于施工人员能够直观地了解清楚。

外业监测是通过多种监测方式进行结合，使自动化监测更具有效率。不仅体现了技术软件的优势性，而且能够通过成果预测模型的方式来开展自动化统计工作。另外，在进行外业监测的过程中，可以应用自动化测斜监测技术，其主要由测斜探头、数据传输设备以及数据系统所构成，安装时需要注意以下事项：①将测斜探头安装在测斜管的上部，使测斜管的水平方向与重力轴之间保持平衡。②当测斜管外观发生形变时，需要利用探头对测斜管的倾斜角度进行测量计算，并对偏斜的角度进行分析。③利用数据采集模块对测斜管的倾斜角度数据进行收集处理，确定最终偏移值后再进行对比，从而实现对深基坑的全面监测。由此可以看出，自动化测斜监测技术的实用性效果较强，监测效果更加全面，成为深基坑监测中的重要手段之一[2]。

1.3 自动化监测系统在深基坑工程中的功能性分析

随着电子信息技术的不断发展，深基坑中的监测工作效率得到显著提升，数据反馈的时效性以及便捷性得到改善，使得监测效果更具优势。在进行数据发布的过程中，监测人员可以提前安装具备自动监测系统的移动客户端，能够对深基坑的监测情况进行实时观测，同时对监测平台传送至客户端的监测成果进行有效监测，充分体现了数据发布效率高的特点。

另外，自动监测系统在深基坑工程中具有预警功能，可通过设计面向服务架构（service-oriented architecture,SOA），对该系统进行合理化使用。其中，SOA 架构是一种组件模型，能够将自动监测系统中的不同功能单元联系起来，对收集到的监测数据进行综合分析，并根据分析结果进行有效发布和预警。在发挥预警功能的过程中，监测人员需要细致分析观测点，有效掌握监测数据，或者提前设置报警阀的数值，当监测数据超出报警阀的数值时，自动监测系统根据自身的特性，及时发出报警指令，提高监测人员的安全隐患意识，并及时采取有效的解决措施，从而规避风险，不仅保障了现场施工人员的安全，而且推动了深基坑工程的顺利开展[3]。

1.4 深基坑自动化监测的系统数据采集及数据传输分析

深基坑自动化监测系统主要以自动化采集软件为主，将收集到的数据直接存入Access 数据库中，并将最终结果显示在采集界面上，便于施工人员较为直观地进行分析。当自动监测系统处于停滞的状态时，被采集的数据将自动保存在自动化采集箱的存储芯片中，并与计算机相连接，从而实现快速上传数据的效果。在数据传输过程中，施工人员可提前在采集箱内安装采集模块和通信模块，再利用计算机对采集箱进行重新调整，将其固定在电箱周围，避免对采集箱的收集效果造成不良影响。此外，需要及时处理所采集的数据，或者运用自动化监测设备的物理采集方法，对现场监测设备设定固定的监测频率，每隔5 h 对数据进行读取。例如，在天水市某深基坑建设项目中，应用自动化监测系统对现场监测频率进行了重新调整与设定，并且完整记录了整个深基坑开挖过程的数据变化，应采集数据多达30 多万条，数据采集率在98%以上。

2 自动化监测系统在深基坑工程中的具体应用

2.1 工程概况

以天水市某深基坑工程为例，在深基坑工程中应用自动化监测系统时，需要建立一套完整可行的自动化监测方案，实现对深基坑周围的有效监测，并探索自动化监测系统对其他地区的适用性；不断积累实践经验，对检测结果进行细致分析，进一步总结深基坑周围环境条件、支护结构、施工进度以及当地水文条件之间的关系。同时，通过对监测数据的有效分析，实现对深基坑变形的分析及预测，达到动态设计的预期效果，促使该项目工程的平稳、顺利开展。

2.2 基准点和监测点设置

首先在基准点设置中，为了加强对深基坑变形现象的监测，需要在深基坑周围设置不同的全站仪后视基准点，并将各个基准点固定住，每隔一段时间对基准点的稳定性进行检测，以此保持系统的稳定运行，确保数据的合理性，并正确判断现场施工环境的状况，使其处于合理范围内，对整个工程建设具有推动作用。

其次在设置监测点的过程中，要求施工人员严格把控现场的施工环境，仔细分析相关资料以及设计图纸。在设置监测点时主要从以下两个方向入手。

2.2.1 土体位移监测

土体位移监测一般是对支护体系土体纵向发生位移的整个过程进行检测，能够收集深基坑周围的地势地形特点，及时掌握土体动态信息。在设置过程中，需要将测斜管安装在土体内部，保证测斜管的长度高于测斜孔的深度，并做好密封处理，防止周围杂物的入侵，提升监测点的稳定性。

2.2.2 应力器设置

当深基坑周围支护墙纵向荷载程度下降时，将导致实际支撑轴力和实际支护轴力不相符合，容易引发各种安全事故。因此需要高度重视深基坑周围支护墙的轴力大小，提前设置好应力器，对支护墙轴力大小进行动态监测。其中，应力器需安装在支护墙的底部，与混凝土支护架保持垂直，防止墙体出现裂缝[4]。

2.3 自动化马达全站仪技术的应用

自动化马达全站仪技术又叫测量机器人技术，是将计算机技术与自动化技术相结合所形成的一种自动化测量设备，在深基坑建设中应用具有较强的优势。自动化马达全站仪如图2所示。

图2 自动化马达全站仪

从图2可以看出，自动全站仪主要以马达为主要驱动，代替了以往的人工操作模式，提高了监测效率。在实际应用中，自动化马达全站仪可以实现对安全隐患的跟踪与识别，获取深基坑深度、三维坐标等相关信息，具有明显的智能性。而且，其可利用多种不同的测量软件，提前设置好测量任务，便于监测工作的准确开展，节约时间成本。另外，将测量后的数据与软件系统进行结合，可代替传统的人工测量模式，降低了危险性。除此之外，自动全站仪能够在规定时间内，自动瞄准在变形体中目标棱镜的顶部，利用光纤传输以及无线电通信的方式将数据上传到监测系统中，再通过监测系统中的处理模块进行分析处理，进而做出相应的调整，以降低危险事故的概率[5]。

2.4 三维激光扫描仪技术

三维激光扫描仪技术也是自动化监测系统中的新技术，其采取高速激光扫描测量的方法，准确且快速获取深基坑三维坐标信息，并以此为基础建立完整的深基坑三维数字模型，不断丰富了深基坑自动化监测手段内容，推动了深基坑监测工作的顺利开展。①能够快速收集深基坑数据，并利用多种方式对其进行处理，从而达到良好的扫描效果。例如，信息采集功能使自动化监测系统中外企业数据采集手段具有一致性，实现统一协调；重新设置深基坑中的变量信息，对深基坑监测工作的高效运行具有良好的稳定性作用。②三维激光扫描技术具有非接触性，无须反射棱镜或接触深基坑物体表面，即可获得精确的数据，不仅提高了工作效率和实用性，而且保证了深基坑自动化监测工作的质量，对后续建设产生深远影响。③三维激光扫描技术具有动态性和及时性，为深基坑各项物体中的检测工作提供了科学准确的数据依据，利用动态化系统中的信号反射原理，充分发挥自动化监测系统的优势和特点，从而加强对深基坑工程的动态检测。